专利名称：制作石墨电极的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制作石墨电极的方法及设备。更准确地说，本发明涉及改良了的供烘焙或烧制待转变成石墨电极的坯料用的方法和设备。
由包含粉末焦炭和沥青、并在用电流处理以完成坯料转变成石墨电极之前，经受相继两次烧制处理的圆柱形坯料来制作石墨电极是众所周知的。通常，第一次烧制之前是用沥青浸透并继之以第二次烧制，后者依次继之以在电炉中对二次烧制的坯料的处理。第二次烧制或烘焙操作是在与大气隔离开的炉中进行的，并且，在那里用加热的气态流体作用于经第一次烧制或烘焙的坯料。
根据目前所知的方法，把用来进行第二次烧制操作的加热气体从炉中抽出以便将其输送到偏僻地区烧掉它们的易燃成分，特别是粉末焦炭和气化沥青。这种处置气态流体中易燃成分的方式是费时间而又昂贵的。此外，由气态加热流体中易燃成分的燃烧产生的能量全浪费掉了。
本发明的一个目的是提供一种比以前已知方法更经济的制作石墨电极的方法。
本发明的另一个目的是提供一种能利用由烧制或烘焙操作过程中接触坯料的气态流体中某些成分的燃烧而产生的热量的方法。
本发明的再一个目的是提供一种能按预期质量生产石墨电极的方法，该方法能用于在将坯料送入完成坯料转变成石墨电极的处置的电炉以前，对其进行连续或间歇的处理。
本发明的一个附加的目的是提供一种使圆柱形的电极坯料经受第一种和/或第二种烧制或烘焙处置的新颖而经改进的方法。
本发明的再一个目的是提供一种保证从电极制作设备放出的气化物不包含任何象易燃生成物这样的有害成分的方法。
本发明的另一目的是提供一种在坯料通过燃烧室的通道时搅动坯料的新颖而经改进的方法。
本发明的另一目的是提供一种在燃烧室处置期间减轻坯料结硬壳的新颖而经改良的方法。
本发明的一个附加的目的是防止坯料在通过燃烧室的通道时过度炭化。
本发明的再一个目的是提供一种用于实地应用以上概述方法、新颖而经改进的设备。
本发明的另一目的是提供用于为易变形或稳定的电极坯料供应加热气化流体给烧制或烘焙室、具有新颖而经改进的装置的设备。
本发明的附加的目的是提供用于降低准备进入烧制室的气态加热流体的氧气含量、具有新颖而经改进的装置的设备。
本发明的再一个目的是提供用于处置烧制室外部的流体、具有新颖而经改进的装置的设备。
本发明的另一目的是提供用于把电极坯料供给烧制室、具有新颖而经改进的装置的设备，以及用于防止从烧制室失控外逸气态流体、具有新颖而经改进的设备。
本发明的一个特征在于提供制作石墨电极的方法。该方法包括以下各步骤(1)把含有粉末焦炭和沥青、基本是圆柱形的电极坯料沿预定方向输送通过一个细长的烧制室;(2)在烧制室中通过热流体与所述坯料的直接或间接的接触而烧制坯料，该步骤伴随着以下过程(a)流体的伴随冷却，(b)某些沥青的气化，以及(c)用该流体输送气化的沥青和某些粉末状的焦炭，从而形成带有易燃成分的被冷却的流体;(3)沿着预定的具有一个或多个入口和一个或多个出口的、与烧制室连通的通路，使所述冷却流体离开所述烧制室和返回该烧制室;以及(4)在所述通路中加热所述流体包括燃烧易燃成分。
该方法还包括在燃烧步骤之前或燃烧过程期间把氧气导入通路，以便能够进行该燃烧步骤。这种方法还可包括在加热步骤之后，监控通路中流体的氧含量，以及当监测到的氧含量偏离预定值时，特别是当二次加热流体的氧含量过高，以致渗透到烧制室的氧可能导致在加热步骤过程中部分电极坯料的燃烧时，改变流体的氧含量的步骤。改变二次加热流体的氧含量的步骤可包括调节氧气进入的步骤或通过在加热步骤以前把易燃碳氢化合物(例如甲烷或焦油气)导入通路而改变燃烧过程中通路中的状态，结果是导入的碳氢化合物与被冷却的流体中的易燃成分燃烧，于是，便伴随额外的氧消耗。该燃烧步骤可不形成火焰地产生;这可以通过把在通路中的流体加热到至少700℃的温度、强烈地将流体与导入的碳氢化合物及易燃成分混合，让氧气通入并使流体在燃烧室保留所需要的时间间隔(例如，1-30秒)而达到。
该烧制步骤可包括在烧制室中用加热流体直接接触坯料。另一方面，该方法还可包括以下步骤把坯料限制在容器或包层中(例如，在软金属箔中)，并为每个容器或包层装备至少一个出口以准许气体外逸(例如气化沥青)，该气体是由于在烧制室中烧制的结果而在坯料中产生的。
输送步骤可包括以纵列式在烧制室中沿着基本上是直的第二通路输送坯料。该安排方式最好是使纵列一个接一个地延伸到第二通路的末端。于是，所述输送步骤最好包括把新的坯料装入第二通路，该新的坯料沿着该第二通路移动该纵列，随着装入一根新的坯料从该第二通路逐出一根已烧制好的坯料。该烧制室可有一个基本圆形截面的外形，其直径要比坯料的直径大些，并且，该输送步骤可包括输送一列头尾相接地排列的坯料。烧制室的截面积可超过坯料截面积的30-150%，最好是超过40-80%。
该方法还可包括在装入烧制室以前使坯料经受预烧制处理的步骤。该预烧制处理可包括将坯料送入无间隙坯料的容器中，并将坯料及其容器在烧制室中加热。
在细长的烧制室中烧制的步骤最好包括把加热流体导入烧制室中若干间隔开的部位，更具体地说，导入烧制室的纵向方向彼此间隔开的若干部位处。该方法还可包括在一处或多处计量导入流体的数量和步骤，在一处或多处从烧制室抽出流体以保持烧制室中的压力在预定范围内的步骤，以及如果需要，还包括把抽出流体送入预定通路的步骤。
烧制室有一个坯料导入端口和用于逐出已烧制好的坯料的第二端口。该方法还可包括密封烧制室的第二端口防止被冷却的流体随着已烧制坯料排出的步骤。这种密封步骤可包括以下步骤把一种耐热易流动固体材料(颗粒大小最好是1-10mm)导入烧制室的第二端口，以便填满所述第二端口的截面积，而一些导入的易流动材料随着相继的，已烧制好的坯料而排出，以及调节导入的材料以补偿排出的可流动材料。
该方法还可包括在输送步骤的过程中在烧制室中搅动坯料的步骤，该搅拌步骤可包括使坯料围绕它们各自的轴或围绕平行于它们各自轴的轴转动。或使坯料在烧制室中顺着输送方向和/或与输送方向相反地滚动(例如，向后和向前)。
本发明的另一个特征在于提供用于把电极坯料转变成石墨电极的设备。该设备包括一台细长的管状炉，它限定一个细长的烘焙或烧制室并具有导入坯料的第一端口和用于逐出已烧制坯料的第二端口;用于至少使烧制室的一部分与周围大气隔热的装置;用于准许加热流体在若干部位通入烧制室的装置。这些部位在炉的纵方向相互隔开，借此，所述加热流体在烧制室中烧制坯料，并使该已烧制坯料至少放出一种易燃成分(诸如气化沥青和/或粉状的焦炭)，让该易燃成分进入流体，于是由于与坯料进行热交换的结果和/或由于炉的外部冷却，使流体冷却;以及一个热流体源。该源限定一条预定的通路，它至少具有一个用于导入来自烧制室的被冷却流体的入口和若干与所述流体导入装置连接的出口。该热流体源还包括用于在上述通路中使被冷却的流体的易燃成分或多种成分燃烧的装置。
该设备还可包括通过炉的第一端口让单个坯料进入烧制室的装置，调节通过各出口热流体流量的装置，以及使烧制室中的流体沿着上述通路，并向着从炉的第一端口朝第二端口的方向及从燃烧装置朝着进入烧制室的导入部位的方向进行循环的装置。所述燃烧装置可包括具有燃烧室的燃烧器，该燃烧室至少具有一个供被冷却流体用的入口并至少有一个供热流体用的出口。在这种设备中的热流体源可包括用于把来自烧制室的被冷却流体输送到所述燃烧室的一个入口或多个入口的一根第一导管(或一组第一导管)，以及将来自所述燃烧室的热流体输送到流体导入装置的一根或多根第二导管。
该烧制室可具有一个圆形截面的外形。并可用来接受圆柱形的坯料。这种圆柱形坯料可以首尾相接地排列以形成从炉的第一端口延伸到其第二端口的纵列。该供应坯料的装置预定把单个坯料输送到炉的第一端口，并且，该供应装置可包括一个往复式柱塞，该柱塞可用来以朝着炉的第二端口的方向、顺序向前输送新的坯料，因此保证所述新的坯料推动烧制室中前面的坯料朝着炉的第二端口行进，于是使最前面的已烧制的(经处理的)坯料从炉室排出，也就是说，排出炉的第二端口之外。
该设备还可配置有把氧气(例如，空气)供给燃烧室的装置，并配有把燃料(例如，甲烷或焦油气)供给燃烧装置的装置。
可提供使烧制室内压力保持在预定范围内的装置，并且，这种压力保持装置可包括当流体压力超过预定范围的上限时，控制所述流体从所述烧制室或从上述通路排出的装置。
炉的烧制室中的坯料可形成一个纵列或一行，在所述列或行与炉之间可留有间隙。该设备还可包括用于密封炉的第二端口以防止流体随已烧好的坯料外逸的装置。这种密封装置可包括一个或多个漏斗形承口或其他适当的装置，以供围绕行或列的邻近的坯料填满炉的第二端口的速率进入炉的第二端口，而所述耐热材料最好是砂粒。
所述改良了的设备本身，无论在其结构方面，还是在其操作方式方面，都具有它的更多特征和优点，在阅读以下参照各附图对某些当前最佳特定实施例的详细说明之后，将对此有透切的理解。
图1A是实施本发明的一种形式的设备的第一部分的水平剖视图，其中，烧制室预定接纳首尾相接排列的圆柱形电极坯料的纵列;
图1B是该设备其余部分的水平剖视图;
图2A是按箭头方向从图1A-1B中剖线Ⅱ-Ⅱ的左侧部分所见到的垂直剖视图;
图2B是按箭头方向从剖线Ⅱ-Ⅱ的右侧部分所见到的垂直剖视图;
图3是按箭头方向从图1A中剖线Ⅲ-Ⅲ实际见到的剖视图;
图4是按箭头方向从图1B中剖线Ⅳ-Ⅳ所见到的放大比例的剖视图;
图5是图1A至2B中示出的炉具第二端口的放大比例的纵向垂直剖视图;
图6是使用具有矩形截面外形烧制室的炉子的设备其局部纵向垂直剖视图;
图7是一台设备中的炉子的局部纵向垂直剖视图，该设备是用来供仍可变形的电极坯料进行预烧制用的。
图1至5中示出的设备包括细长的直管状炉1，它包括一根坚固的金属管90和外壳91、93。该外壳使炉的内室8的细长的第一区间92与周围大气隔离。管90可用钢材制成。外壳91、93加到管90的外面;然而，使用内套(例如，用耐火泥做成)，或使用内套和外壳同样也是在本发明的范围之内的。区间92后面是第二区间94，在那里，炉1没有任何在金属管90的相应部分周围或其内部的绝缘物。而代之以，用一供适当的冷却剂(例如，水)循环用的外壳95围绕管90。炉1安装在具有直立板或类似支架形式的纵向隔开的腿柱51(图2A和2B)。
炉1的导入坯料的第一端口2用来接纳单个圆柱形电极坯料，包括图1A中用标号7、6、5和4表示的那些坯料。炉1的第二端口3用来排出已烧制好的坯料(注意图1B中坯料89)。该设置最好使得炉1的第一端口2能连续地导入未经处理的坯料，而不会有显著数量的热流体逸出，该热流体是用于烧制炉1的室8中坯料的。坯料也加到炉的第二端口3。坯料4、5、6、7和其他坯料在炉室8中形成单列，并且首尾相接地排列，以致每当在第一端口2装入一根新的坯料时，整列坯料就会全部自动地向前移动，并从第二端口3排出一根已烧制好的坯料(例如89)。每根进入炉1的坯料都曾经受一次预烧制，因此是稳定地成形的。此外，每根这样的坯料都曾用沥青浸透。换句话说，在炉室8中坯料4、5、6、7和其他坯料的烧制构成多级烧制操作的第二级，其第一级烧制是在坯料进入炉1以前进行的。
炉1的第一端口2配置有两个纵向隔开一定距离的门84和85，它们可在管90的横向上移动。变化于密封或插入与不工作或缩回的位置之间。用于在第一端口2把相继的坯料装进管90的装置包括柱塞或顶杆86，后者是可按箭头26所指方向和背其方向往复的。把坯料(例如，坯料4)送入炉1是按如下方式进行的在第一步中，将门84缩回或移开，而门85则停止在密封位置。坯料4立即插进管90的尾端，于是，门84在坯料4的后面移动到密封位置。那时，门85缩回，同时，用柱塞86推动坯料深入管90中，因此使整列未经处理的、部分烧制的和完全烧制的坯料朝第二端口3移动，在端口3处最前的(已烧制好的)坯料被排出，送入存储或前进到进一步的处理站(未示出)。柱塞86立即缩回而门85则返回到密封位置。重复所述相同的过程，以便逐个地装入另外的(经一次烧制的)坯料。
炉1的管90假定是水平的，或基本上是水平的。因此，如图4中可见到的，在炉室8中的每根坯料的圆周表面与管90的内表面在六点钟位置处是线接触的。炉室8是由管90的圆柱形内表面为边界的，并且，该内表面的直径超过坯料直径30%至150%，最好是超过40%至80%。这在炉1中坯料圆周表面与管90内表面之间建立起一个基本呈弯月状的间隙9(具体参见图4)。
图2B和5中示出用于密封炉1的第二端口3的装置，该装置防止在炉室8中用来烧制坯料的加热流体有任何或显著数量的逸出。这种密封装置包括一个漏斗形承口87，该承口87径向伸展在管90的下游端，并用来容纳必要数量的耐热易流动的固体材料88(例如砂粒)，其颗粒尺寸最好为1-10mm。漏斗形承口87让易流动材料88(下文称为砂粒)进入弯月形间隙9的邻近部位，借此，每当在第一端口2装入一根新的坯料时，炉1中坯料纵列中的最前面的一根坯料总是自动地从管90夹带出一定数量的砂粒。漏斗形承口87预定自动补偿随着在端口2插入新的坯料而在端口3排出经处理坯料时所造成的砂粒损失。可以认为漏斗形承口87下面间隙9中的大量砂子形成一个曲径式密封圈。显然，所述包括图示炉1的设备可配置用于通过抽吸或用其他方法迫使砂粒进入漏斗形承口87下面的间隙9中的装置，从而在第二端口3建立更令人满意的密封作用。从管90排出端口排出的砂粒可以再次循环进入漏斗式承口87。
用于准许热流体进入炉1的炉室8的装置包括五个彼此隔开的管10、11、12、13和14，这些管与炉第一区段92中炉室8的纵向彼此隔开的各部位连通。在冷却外壳95的上游(炉1与炉室8的第二区段94)管10至14把热流体导入坯料列与管90的内表面之间的弯月形间隙的相应部位。管10至14分别备有可调节流阀15、16、17、18和19，这些阀用来调节进入间隙9的相应部位的热流体的输入速率。
进入管10至13的热流体的源包括细长导管20，该导管20限定炉1外面流体的细长通路的一部分，并且，示出的该导管20是平行于管90的。由导管20所限定的所述通路部分包含节气门81、82和83，这些节气门降低导管20中热流体流动的速度，从而保证热流体更可预测地透入管10至13中，并从那里进入间隙9的相应部位。用箭头97表示导管20中热流体流动的方向。节气门81安置在管13的上游，节气门板82安装在管12与13之间，而节气门板83则安装在管11与12之间。
被冷却的流体(即，已与炉室8中坯料列的坯料进行过热交换的流体)通过一系列彼此纵向隔开的管21、22和23从炉室中排出，这些管21、22和23把所述排出的流体接纳进与管90平行延伸的返回导管25，后者限定炉1外面的流体流的通路的第二部分。管21、22和23各自邻近管12、13和14，而且，它们的入口按箭头26的方向，即炉室8中坯料前进的方向偏离邻近管路12、13和14的出口。导管25包括装置29(例如，一台鼓风机)，后者用于使流体沿着包括炉1外部部分(包括导管20、25和燃烧室27)和管90中的一部分(炉室8)的循环通路进行循环。第三导管120用来连接带有燃烧室27的入口的导管25的排出端，而该燃烧室的第一出口把热流体导入导管20的入口。上述管14从燃烧室27的第二出口直接接受热流体。
通过导管120导入燃烧室27的被冷却流体由燃烧器28加热，该燃烧器引起流体易燃成分或各成分燃烧。这种易燃成分通常包含粉末状焦炭，该焦炭是从炉室8经由管21至24排出并通过导管120进入燃烧室27的。可以用可调节流阀19调节热流体进入管14的速率，并可以用可调节流阀30调节热流体进入导管20的速率。
导管20的左侧端34(如图1A中可见到的)是封闭的，并邻近可从炉1外面的通路部分排出过剩流体的管35，后者包括可调节流阀36。用于从导管20排出过剩流体的装置包括一台抽气机37(例如，一台排气通风机)。该装置将过剩流体从管35输送到另一个通向烟囱39的管中。所述另一个管路包括另一个可调节流阀38。
燃烧室27可借助于包括鼓风机32和可调节流阀33的管31接收可变数量的氧气(例如，空气)。
燃烧室27还可接受必要数量的燃烧(例如，诸如甲烷或焦油气一类的气态碳氢化合物)，该燃料是通过包含可调节流阀99的管98而接收的。燃料经由管98计量导入，这相当于调节导管20和管14中氧气量，因为，随着经由管98的导入的燃料量的增大，燃烧室27中氧气的消耗也增大。管98的入口连接到增压气态燃料源上。另一方面，导管98可包括抽气机，后者从所述源抽出焦油气或其他适当的气态燃料送出燃烧室27中。
除了在管31(导入氧气)，35(排出过剩流体，例如，为了把炉室8和导管20中的压强保持在所要求的范围之内)以及98(导入燃料)之外，气态流体的循环通路是完全密封的。
该经改进的设备另外还配置有若干测量仪表、传感器、探测器和其他监控装置，以确保炉1的炉室8中的坯料的预期处理。这样的监控装置包括(1)监控管14和导管20(即，燃烧室27的两出口处)中流体氧含量，以调节经由管31导入的氧气和/或经由管98导入的燃料的适当装置101和102，以及(2)在热和冷却流体流通过管90、管20和25及燃烧室27的通路中的选定部位的温度计103、104、105、106、107、108、109、110、111和112。
此外，该经改进的设备最好还包括用于搅动炉1的炉室8中的坯料的装置。这样的搅动装置可包括若干单个的搅动装置44，这些装置在管90的纵向方向上彼此隔开，图4中通过实例的形式示出其中之一。该举例说明的搅运装置44包括销或键，它们密闭而可往复地装在管90、隔热外壳93的径向延伸的孔或眼中，并且，它的可操作的外端部分46借助于转动的偏心轮、曲柄臂、电磁铁或以任何其他适当的方式是可来回地移动的，以致所述搅动装置的内端部分使邻近的坯料48围绕摆动中心轴来回地转动(注意双头箭头49)，该摆动轴位于坯料与管90的内表面之间直线或近乎直线的接触处。坯料48的这种摆动保证结痂从其圆周表面剥离。所述剥离的锈皮落在部位50，并被相应坯料周边表面的邻近部分加以磨碎。该磨碎的锈皮不会干扰管90中坯料预期的向前移动。
其操作如下待进炉1炉室8中烧制的坯料(例如4、5、6、7和其他坯料)已进行过一次预烧制处理，以便保证每根坯料构成坚固成形的圆柱形，并具有预定的直径。以上已说明，通过适当操纵门84、85和柱塞86将相继的坯料导入炉1的第一端口2。在炉室8中，每根坯料的端面与相邻坯料的邻近端面对接，因此，在炉室8中的整列坯料为响应柱塞86的移动而按箭头26所示方向开始移动，以便把纵列最后端的坯料向前推进到当时缩回的门85的平面之外。这种在炉室8中坯料纵列的向前移动导致最前端(已充分处理的)坯料89在炉1的第二端口3排出。这样被排出的坯料可贮存起来或被运送到进一步的处理站，例如，运送到电的石墨炉(未示出)。
开动鼓风机29，使流体流沿着前述的包括炉1外部的第一通路(导管20，25，120和燃烧室27)和管90中的第二通路(炉室8)的循环通路进行循环。由于从导管120流入燃烧室27的被冷却流体本身的易燃成分燃烧的结果和/或由于经由管98通入燃烧器28的燃料燃烧的结果，所述流体在燃烧室27中得到加热。热流体离开燃烧室27经由管14和导管20，然后在管90的相应的纵向隔开的各位置处进入炉室8。热流体进入炉室8的速率由相应的节流阀15至19调节。热流体按箭头26所示方向流入炉室8与坯料进行热交换。这样被冷却的流体通过管21至23从管90排出，流入导管25，于是流入导管120并返回到燃烧室27。燃烧室27中易燃成分的燃烧器28预定烧油或别的适当的燃料。此外，燃烧器28使由导管120供应的被冷却流体中的易燃成分燃烧。这种易燃成分可包括未经燃烧的沥青气体和焦炭颗粒，它们是从炉室8经由管21至23夹带导管25及120的。
刚述及的操作方式的一个优点是被冷却流体的易燃成分有助于燃烧室27中所述流体的加热，以及这种易燃成分不能再进入炉室8，而且也不能通过烟囱39扩散到周围的大气中。
以所要求的比例将油或别的燃料供给燃烧器28的方法，并不属于本发明的范畴。
经由管32导入氧气的速率和经由管98导入燃料的速率是根据来自管14和导管20中氧气监控装置101和102的信号而进行调节的。需要保证通过管10至14进入炉室8的热流体中氧百分率应非常小，最好不超过0.5%。这防止炉室8中坯料的燃烧或炭化。
燃烧器28的操作是根据来自温度计103至112的信号而进行调节的。该装置最好是使得燃烧室27中的温度(由温度计111和112测量该温度)总是超过700℃，从而建立所谓的空间燃烧的必要条件。这种使燃料和/或燃烧室27中被冷却流体的易燃成分燃烧的方式另外需要被冷却流体与氧、与来自管98的燃料，以及与由燃烧器28供应的燃料的充分的搅动，以及燃烧室27必须按一定的时间周期存有氧和保存燃料。
循环流体的温度在相当大的范围内变化。这样，按箭头26所指方向，在炉1的第一区段92中流体的温度上升，随后，该流体的温度在区段92的下游部分下降，并且，在区段94、管90借助于水或在外壳95中循环的别的适当冷却剂加以冷却而使该流体温度非常急剧地下降。
如果燃烧器28预定产生火焰，那么，油或别的供应给燃烧器的燃料最好在这样的条件下燃烧，即，确保把氧的余量保持在理想配比限度之内。随后，过剩氧的燃烧最好以这样的方式进行，即，使碳氢化合物的余量也在理想配比的限度之内。
在炉1的炉室8中温度的分布是借助于节流阀15至19，以及在区段94中管90上外壳95冷却作用的强度来调节的。从而，使得有可能调节炉室8中的温度和坯料的烧制过程。另外还通过控制在炉1的第一端口2装入新坯料的次数来调节坯料的温度。
最好按这样的方法选择节流阀33、36和99的预置值，即，使炉室8中的压力最多超出大气压力50mm水柱。这可防止大气中的空气(氧气)渗入管90(例如，在炉1第一端口2处门84和85的范围内)。
该改良了的设备在不脱离本发明精神的情况下容许作多种变更。例如，举例说明的炉1可以用其中管60(图6)具有多角截面外形的炉代替，同时，各坯料61可与边靠边设置的、在与管60中坯料前进方向(箭头62)相垂直的横方向上伸展的相邻坯料形成行。图示坯料61在多角(特别是矩形)截面的管60中的取向导致在坯料的周边表面与管内表面之间形成不同的(更大的)间隙63。选择管60的这种构形(坯料61形成行而不是将坯料设置成首尾相接的纵列)的优点是可以省却搅动装置或可以减少搅动装置的数量，因为，随着沿管60底壁的坯料的滚动，自动除去了坯料61周边上的结痂。
可以根据重复循环的被冷却流体的存在的易燃成分的性质和/或根据供给燃烧器28和/或经由管98供给燃烧室27的燃料性质来选择燃烧室27中易燃物燃烧(有或无火焰)的性质。假如燃烧是所谓无焰或空间燃烧。则燃烧室27中的温度保持或高于700℃，燃烧室27里面的东西被充分混合，燃烧是在存在氧的情况下发生的，并且，燃烧持续时间取决于氧含量，通常在1和30秒之间。
改良了的方法和设备的一个重要优点是用于加热进入炉子的烧制室以前的气态流体的装置的能量需求小于迄今已知设备的能量需求。其原因是在流体返回到炉子的烧制室的通路中发生被冷却的气态流体中易燃成分的燃烧。因此，由这种易燃成分的燃烧而产生的热能又被进一步用于气态流体的再加热。而且，气态流体的易燃成分不会释放到周围的大气中。
通常，单个的燃烧器就足以满足整台设备的需要。这种单个燃烧器可烧包括轻油、中级油、原油、可燃气体和/或其他燃料的所有种类的燃料。燃烧器还可用来引起易燃成分的燃烧，该易燃成分是经由导管120与被冷却的气态流体一起进入燃料室27的。
通常，在导入炉室的气态流体中存在超量的氧是不合乎需要的，因为，这会引起坯料最外层的炭化。因此，许多当前已知的用于制作石墨电极的建议都涉及装坯料的容器，并且，在可以通过烧制室运送该坯料以前可将该容器密封以防氧气进入。换句话说，这样的容器用来避免坯料与加热流体之间的直接接触。上述容器在本发明的设备中可以省去，因为，经过再加热后导入烧制室的气态流体的含氧量很低，不会引起炉内坯料明显的炭化。于是，该改良了的设备仅仅包括一个或多个氧监控装置，该装置产生用来调节经由管31导入的氧和/或经由管98导入的燃料的信号，以便保证离开燃烧室通往管14和/或通往导管20的加热流体流包含很低百分率的氧，最好低于0.5%。这样低百分率的氧含量不会在烧制室中引起坯料的明显炭化。当前，经由管98通入燃烧室27的最佳燃料是焦油气。然而，以下做法也在本发明的范围内，用管98输入在燃烧室27中燃烧的甲烷和/或其他碳氢化合物，同时，对将流入管14和导管20的气态流体加热，并降低热气态流体的含氧量。
该改良了的设备可以在不用前述的电极坯料容器(这种容器可假定为运输车、货车或其他运输工具的形式)的情况运行，这种可能性构成所述设备和所述改良了的方法的重要特征。因此，该改良了的设备的能量需求比用容器的普通设备的能量需求要低得多，因为，它不需要重复地再加热这些容器，还因为，和使用容器的设备相比更可断定烧制室中热流体流的性质并使其更合乎要求，因为，那些容器使热流体转向，而降低坯料均匀加热的可能性。
如果在烧制室中想要防护坯料使其免与加热气态流体直接接触、则可能必须取金属箔片制成的包层形式的适应性强的容器。这种包层要配置一些用于逸出由于不直接用气态流体加热而在坯料中产生的气态生成物的出口。利用适应性强的包层就有可能使用一种含较高百分率氧气的热气态流体，因为，该包层可使坯料免于与流体直接接触。由于不直接用气态流体加热而在坯料中产生的气体经由相应包层中的出口逸进气态加热流体中，并被夹带进入燃烧室，在那里，该气态流体被加热以便再次送入烧制室。
本发明的方法和设备可用于电极坯料的成批处理，或坯料列或行的连续处理，例如，以结合图1-5和图6所说明的方式。目前，连续处理是更可取的，因为，该设备的产量较高而并不显著提高初始和/或维护费用。
在本发明的范围内还可同时处理两个或更多相邻电极坯料的列或行。这仅仅需要所用的炉具有能容纳数列或行坯料的烧制室。更进一步，可以采用供单个坯料用的单个的运输工具(例如图7的71、72容器)，或使用每个可装两根或多根坯料的容器(例如，装轮子的或可滑动的运输工具)。所述容器可以被推着或拉着通过烧制室。
再次参照图1至5的设备，炉1的第二区段94中管90的尺寸可按这样的方式来选择，即，坯料一进入区段94，就终止或几乎终止热流体与电极坯料之间的接触。这引起已烧制好的坯料很迅速而有效的冷却，因为，区段94的管段没有隔热外壳，正相反，管90的这一段受到在外壳95中循环的流体的强烈冷却。后者还可以用其他措施来替代(或者与其他措施结合使用)，这些措施是用喷嘴在炉1的区段94中的坯料上喷射冷水或别的适当的冷却剂。
在坯料装入炉1的第一端口2以前，可用离开炉室8的被冷却的气态流体来预热所述坯料。然后把这样附加冷却的流体输入燃烧室27，以便在再次输入炉室8以前进行再加热。
图1至5中示出的该种类型的炉(具有可供单列坯料用的烧制室)在目前是较可取的，因为，它可以在第一端口以相当简单的方式装入单个电极坯料，以及可以简单而准确地确定通入间隙9中与炉室中单列电极坯料直接接触的热流体数量。实验证明，如果炉室8的截面积超过圆柱形电极坯料的截面积(例如图5的坯料48)30-150%，特别是超过40-80%，则炉1就能接受足够数量的加热气体。管90的轴96最好是水平的，或只是使其相对于水平略微倾斜一些。例如，管90在从炉1的第一端口2朝向第二端口3的方向上可倾斜一个小的角度，以便随着经由第一端口2的新坯料的进入，坯料纵列按箭头26所指方向向前推进。还可以使用一种基本垂直或近似垂直的炉，把第一端口设于炉顶。于是，这种炉的烧制室中的坯料列的坯料由于重力的作用彼此相压，并且，整列坯料随炉下端排出一根或多根已烧制好的坯料而向下推进。另一种方法是，通过强制把新坯料送入下部端口，使坯料从基本直立的炉的下部端口朝上部端口逐步推动。
该改良了的设备可以简化，从而减少维护费用，只要减少用于输入热流体的部位的数目和/或减少用于从炉中排出被冷却流体的部位的数目(例如，减少到一个)。然而，采取数个用于输入流体的部位和数个用于从烧制室排出流体的部位的措施，在当前还是可取的，因为，这使得有可能准确地调节烧制室各选定部位中的温度，从而可准确地调节烧制或烘焙工作的质量。
烧制室中坯料的搅动是本改良了的方法和设备的目前最好的而不是必须的特征。这种搅动是需要和有益的，因为，如果坯料直接沿着管90或60的内表面滑动，它们很可能会把沥青和/或粉末焦炭的沉淀物遗留在内表面上。这样的沉淀物在热气态流体的作用下结痂，并多半会干扰烧制室中坯料的预期运送。烧制室中坯料的搅动能使坯料压碎在管90或60内表面上的结痂沉淀物，因此使得研碎的沉淀物不会干扰坯料的预期运送。与此同时，搅动的坯料研碎锈皮(只要进入间隙9或63的气态流体中氧的百分比率足够使电极的部分燃烧成为可能，则由于部分燃烧的结果，锈皮就会沿着它们的外表面积聚起来)。前面探讨过的软的包层，容器或用于在烧制室中运送坯料的运输工具，使得不再需要搅动坯料，因为，所述容器、包层和/或运输工具能打碎结痂(若有的话)，并且能阻止坯料与热气态流体间的直接接触，通过在所述内表面形成一条或多条螺旋形轨道〔这些螺旋形轨道使坯料随着朝向炉的所述端口3向前移动而围绕它们相应的纵轴转动(即，围绕管90的纵轴96转动)〕，可以用简单而有效的方式确保与管90的内表面直接接触的坯料的搅动。这样的螺旋形轨道(一条或多条)可以加在图4中示出的那种搅动装置上，或代替所述搅动装置。
如上所述，烧制室中的压力可稍微超出大气压力，以便防止大气的空气(氧气)透入间隙9或63的热气态流体中。然而，同样也可以将压力控制成低于大气压力，如果由于某些其他原因而使这种操作方式更合乎要求的话。例如，烧制室中的压力最多可超过或可低于大气压力50mm水柱。此外，可以使烧制室中热流体保持在高压强状态，这种压强可加速焦化。众所周知，焦化速率随压强的提高而提高。例如，烧制室中的压强可提高到60巴。
该改良了的设备还可用作完成上述坯料预烧制即第一次烧制的装置。然而(注意图7)，因此需要为每根未经烧制的坯料(图7示出的两坯料74、75)提供由相似容器或运输工具构成的分立的槽71、72，后者紧贴地承受相应的坯料。将容器71、72首尾相接地插入炉的管73中，而热流体输入管73以充满烧制室的部分76(间隙)，该部分是未被坯料和它们的容器所占据的。为未经烧制的坯料提供容器的措施是需要而有益的。因为，这样的坯料不能保持它们的形状，特别是，如果想把它们配置成首尾相接(如参照图1至5所说明的)或如图6中示出的边靠边，并要向前推进通过烧制室的话。图7的管73假定具有圆形截面外形，而每个容器(71、72)可类似一个大体上半圆柱形的外壳，后者的凹形的内表面具有能与未经烧制的坯料(74、75)的半径相适配或大致接近的曲率半径。每个容器的长度超出相应坯料的长度，因此，保证相邻容器中的坯料相互不会实际接触。
容器71、72与坯料接触的那些表面最好用焦炭作衬里。每个容器可预定容纳两根或多根坯料。如果要求或需要，可应用同样的或类似的容器(例如，装轮的容器)将一次烧制的(即，经预处理的坯料)运送通过烧制室。
(实施例)用沥青和粉末焦炭形成一种软松的物质，然后，将这种物质做成一个接一个的(绿色的)电极坯料，每根具有圆截面外形，长度为165至320cm(最好是240cm)，直径为28至90cm(最好是60cm)。该绿色坯料须经第一或预烧制处理，它包括逐步加热，在80至300小时周期内达到温度750-900℃(最好是850℃)，随后，使其在10至25小时的时间间隔内(最好是10小时)保持于选定温度(例如，850℃)随后将所述坯料逐渐冷却到温度350℃(例如，以每小时降低25-50℃的冷却速率在8-10小时的时间间隔内)。下一步骤涉及在大气中把坯料冷却到20℃。所述完成预处理的坯料能保持它们的形状并呈现所要求的稳定度和空隙率。
于是，用沥青漫渍这样获得的多孔的坯料。这包括加热到250-350℃(最好300℃)并在密封的容器中排出空气。然后，所述容器承放加热的沥青，后者是在220-280℃的温度下倒入容器中的(最好为250℃左右，并至少比容器中热坯料的温度低20℃)。在1-3小时(最好是2小时)时间间隔中将容器中的压强升高到8-25巴(最好15巴)。从在容器中的沥青中取出经过漫渍的电极坯料，使剩余的沥青从取出的坯料上滴落掉，然后使坯料冷却。
下一步骤包括均匀而逐步加热经漫渍的坯料，加热时间周期为30-80小时(最好50小时)，温度达740-800℃(最好740℃)。随后，在14小时时间内保持所述选定的温度(例如，740℃)，随后逐步降温，在8-10小时的时间内(最好8小时)温度降到350℃(最好按每小时降低25-40℃的速率降温)。随后，这样被冷却的坯料在大气中冷却，直到大致温度为20℃。刚提到的最好加热到740℃并接着冷却到350℃的过程可以在图1至5的设备中完成，或可在实施图6的结构的设备中完成。
下一步骤涉及石墨化。这样的石墨化可在一种设备中完成(例如，在电炉里，未示出)，该电炉在室温(例如，20℃)或在高温状态中接受经二次烧制的坯料。
以上实施例中所提到的各种各样的时间间隔和温度，都可根据各可变数，诸如坯料的尺寸，同时进行处理的坯料的数量以及其他因素而改变(提高或降低以及缩短或延长)。
以上显示的本发明的宗旨是如此全面，使一般人可以不加进一步分析，就能以现有的知识很容易地将其应用于各个方面，而不会忽略那些从现有技术的观点来看，是属于本人对该技术领域所作的贡献的上位和下位概念的主要特征，因此，这种修改应当和希望是包括在相当于所附权利要求书的意义和范围之内的。
权利要求
1.一种制作石墨电极的方法，其特征在于包括以下各步骤把含有粉末焦炭和沥青、基本是圆柱形的电极坯料沿预定方向输送通过一个细长的烧制室，在烧制室中，通过热流体与所述坯料的直接或间接接触而烧制该坯料，同时，伴随着以下过程(a)流体的伴随冷却，(b)某些沥青的气化，(c)用该流体输送气化的沥青和某些粉末状的焦炭，从而，形成带有易燃成份的被冷却流体，使所述被冷却的流体沿着一条预定的至少有一个入口和至少有一个出口的、与燃烧室连通的通路向前进，在所述通路中加热所述流体，包括燃烧所述易燃成份，另外还包括在所述燃烧步骤过程中或之前把氧气输入所述通路的步骤。
2.权利要求1的方法还包括在所述加热步骤之后，监控所述通路中流体的氧含量，以及当监测到的氧含量偏离预定值时改变流体氧含量的步骤，其特征在于所述改变的步骤包括调节氧气输入量的步骤，所述改变的步骤还包括在所述加热步骤的过程中或之前把易燃的碳氢化合物导入所述通路，所述燃烧步骤包括燃烧导入的碳氢化合物，同时，消耗掉额外的氧，该碳氢化合物包含焦油气和/或甲烷，以及所述燃烧步骤包括把流体加热到至少700℃的温度，并使流体与导入的碳氢化合物和所述易燃成份充分混合。
3.权利要求1的方法，其特征在于所述烧制步骤包括在烧制室中使坯料与热流体直接接触。
4.权利要求1的该方法，其特征在于所述输送步骤包括以纵列或者行形式沿烧制室中基本上直的第二通路输送坯料，所述纵列从所述第二通路的一端延伸到另一端，并且，所述输送步骤包括把新的坯料送入所述通路，该新的坯料沿着第二通路移动该纵列，随着送入一根新的坯料而从第二通路逐出一根已烧制好的坯料，以及所述输送步骤还包括把圆柱形坯料排列成首尾相接的列，所述烧制室具有基本上圆形截面的外形。
5.权利要求4的方法，其特征在于还包括选定烧制室的横截面积超过坯料横截面积30-150%，最好是超过40-80%的步骤。
6.权利要求1的方法，其特征在于所述烧制步骤包括在若干隔开的部位把热流体通入烧制室，所述各部位在烧制室的纵向是相互隔开的，以及另外包括在所述各部位计量输入流体的数量的步骤，并包括从烧制室抽出一些热流体以使烧制室中压力保持在预定范围内的步骤。
7.权利要求1的方法，其特征在于烧制室具有坯料导入端口和用于逐出已烧制好的坯料的第二端口，还包括密封炉室的第二端口以防止被冷却的流体排出的步骤，该步骤包括(1)把耐热易流动的固体材料导入第二端口以便填满第二端口的截面积，该端口周围的一些导入的易流动材料随着相继的已烧制好的坯料而排出，(2)调节所述材料的输入量，以补充被排出的可流动材料。
8.权利要求1的方法，其特征在于还包括在输送步骤的过程中搅动烧制室中坯料的步骤，以及所述搅动步骤包括使坯料围绕它们各自的轴转动或使坯料前后滚动。
9.用于把电极坯料转变成石墨电极的设备，它包括细长的管状炉，它限定细长的烧制室并具有导入坯料的第一端口和用于逐出已烧制好的坯料的第二端口，用于至少使所述烧制室的一部分与周围大气隔热的装置，用于在若干部位把热流体通入所述烧制室的装置，这些部位在炉的纵向相互隔开，借此，该热流体在所述烧制室中烧制坯料，并且，该已烧制坯料至少放出一种易燃成分，该易燃成份进入流体，于是，由于与坯料进行热交换的结果，该流体被冷却，以及热流体源，该源限定一条预定的通路，它至少具有一个用于导入来自烧制室的被冷却流体的入口和若干与所述流体导入装置连接的出口，以及使被冷却流体的易燃成份在所述通路中燃烧的装置，还包括通过所述炉的第一端口让单个坯料进入所述烧制室的装置，通过所述各出口调节热流体流量的装置，以及使所述烧制室中的流体沿着所述通路按照从所述炉的第一端口朝第二端口的方向以及从所述烧制装置朝着所述各部位的方向进行循环的装置，其特征在于所述燃烧装置包括具有燃烧室的燃烧器，该燃烧室至少有一个供被冷却流体用的入口，并至少有一个用于热流体进入所述通路的出口，所述燃烧装置包括具有燃烧室的燃烧器，该燃烧室具有至少一个入口，至少一个出口，至少有一根用于把来自所述烧制室的被冷却流体输送到所述燃烧室的至少一个入口的第一导管，以及至少一根将来自所述燃烧室至少一个出口的热流体输送到所述流体导入装置的第二导管。
10.权利要求9的设备，其特征在于所述烧制室中的坯料可排成一纵列或行，在所述列或行与炉之间有一个间隙，还包括用于密封所述炉的第二端口以防止流体随已烧制好的坯料外逸的装置，包括用于让耐热易流动固体材料按足以使该易流动材料填满第二端口和邻近的列或行的坯料之间的间隙的速率进入所述第二端口的装置，所述耐热材料最好是砂粒。
全文摘要
在一种直而细长的炉的炉室中烧制电极坯料，该炉在几个纵向隔开的部位接受热气态流体。在若干隔开的部位抽出被冷却的流体，在再次送入炉室之前对这样抽出的流体重新加热。重新加热包括燃烧被冷却流体中的易燃成份，特别是粉末状焦炭和气化沥青。图文档编号H01M4/08GK1039574SQ8910450
公开日1990年2月14日 申请日期1989年6月26日 优先权日1988年6月27日
发明者霍斯特·J·法斯特 申请人:霍斯特·J·法斯特, 尤卡碳工业有限公司